La Inteligencia Artificial, clave en el desarrollo de las baterías del futuro

L a iniciativa europea Battery 2030+, ha desarrollado una Hoja de Ruta basada en un proceso de consulta en toda Europa, con el objetivo de crear las baterías del futuro en la próxima década, transformando la manera en que se diseñan y desarrollan las baterías a día de hoy. Esta iniciativa, que se lanzó en marzo de 2019, cuenta actualmente con el respaldo del Programa Europeo Horizon 2020.

Este proyecto europeo a gran escala, formado por un total de 17 socios de nueve países europeos -incluido España-, permitirá a las instituciones de investigación europeas suministrar nuevos conocimientos y tecnologías innovadores a nivel industrial, y respaldará el desarrollo, producción, reciclaje y reutilización de las celdas de batería.

Los nuevos desarrollos que se consigan, darán la oportunidad a Europa de ocupar una posición relevante en el terreno de las baterías a nivel internacional, apoyada por la creación de una industria competitiva en el Continente, así como alcanzar el objetivo de neutralidad climática en 2050. Las nuevas tecnologías de baterías también tendrán impactos sociales y ambientales. En este sentido, aumentarán la seguridad energética, reducirán la huella ambiental en muchas áreas de aplicación y ayudarán a crear nuevos mercados y empleos.

Las baterías se encuentran entre las tecnologías clave para lograr una descarbonización profunda del sistema energético europeo, especialmente en el sector del transporte -movilidad eléctrica- y en el sector de la energía eléctrica -almacenamiento de fuentes renovables intermitentes-.

La potencia mundial de proyectos de sistemas de almacenamiento con baterías se ha multiplicado por 15 en estos últimos cinco años, según la Agencia Internacional de la Energía (AIE) debido, principalmente, a la bajada de los costes de las baterías y al avance de la tecnología. Las baterías empiezan a ser económicamente viables y solo es cuestión de tiempo que su uso se expanda a nivel global.

Aunque las baterías de litio (Li-ion) seguirán desempeñando un papel importante en el panorama del almacenamiento de energía en los próximos años, éstas se están acercando a sus límites de rendimiento. Solo Europa necesitará una capacidad de producción de células anual de, al menos, 200 GWh en los próximos cinco años, de ahí la necesidad de avanzar en investigación e innovación (ver gráfico).

Actualmente, Asia es la región líder en almacenamiento con baterías litio-ión -con China, Corea del Sur y Japón a la cabeza-, con un 85% de la producción y del negocio de baterías a nivel mundial. Sin embargo, en lo que respecta a las baterías del futuro, los mayores avances se están produciendo en EEUU y en algunos países de Europa como Alemania, Inglaterra, Francia o Suecia, donde también están apostando fuerte por esta tecnología.

Baterías seguras y sostenibles

Para alcanzar los objetivos mencionados, las nuevas baterías deberán ser seguras, asequibles, fiables, sostenibles, de rendimiento ultra alto y con una larga vida útil para su uso en aplicaciones reales, tanto en los mercados existentes -electrificación del transporte y almacenamiento estacionario- como en futuros sectores emergentes -robótica, aeroespacial, dispositivos médicos e Internet de las Cosas, etc.-, tal y como apuntan desde Battery 2030+. Para su éxito comercial, las baterías también deberán permitir una producción rentable a gran escala.

La Hoja de Ruta diseñada por Battery 2030+, identifica tres vías para acelerar el desarrollo de la próxima generación de baterías, centradas en seis áreas de investigación y con el foco puesto en el uso de tecnologías digitales, como la Inteligencia Artificial (IA), para transformar el proceso de descubrimiento y desarrollo de baterías inteligentes y conectadas. El progreso en todas las áreas de investigación identificadas, será esencial para inventar baterías con propiedades personalizadas para sus aplicaciones específicas.

Una de los caminos propuestos es la creación de una Plataforma de Aceleración de Materiales de Batería (MAP, sus siglas en inglés) para reinventar la forma en que se realiza la investigación de los materiales de las mismas a día de hoy, así como desarrollar un genoma de interfaz de baterías (BIG) que permita comprender los procesos que rigen el funcionamiento de cada batería.

Como acabamos de comentar, uno de los aspectos que debe caracterizar a las baterías del futuro es que sean seguras y de larga duración, especialmente en aplicaciones críticas. Factores externos como las temperaturas extremas, el estrés mecánico o la potencia excesiva durante el funcionamiento perjudican su rendimiento y provocan fallos.

Para evitar estos problemas, el proyecto europeo Battery 2030+ propone desarrollar nuevas tecnologías de sensores inteligentes en el interior de las celdas al objeto de detectar las primeras etapas de fallo, fugas térmicas y reacciones secundarias no deseadas que conduzcan al envejecimiento prematuro de las mismas, así como el uso de funcionalidades de autocuración para restaurar la funcionalidad perdida.

La tercera vía que apuntan desde Battery 2030+ es conseguir que la fabricación y la reciclabilidad sean partes integrales de la I+D de las baterías en una etapa temprana, es decir, que los nuevos conocimientos e ideas sobre cómo fabricar y reciclar las baterías se incorporen desde el principio al proceso de descubrimiento y desarrollo de materiales.

Estrategia de Almacenamiento

A pesar de su gran potencial, España no termina de arrancar. Nuestro país cuenta con unas industrias de renovables y automoción muy potentes que hace que estemos más que capacitados para llegar a ocupar una buena posición dentro del panorama internacional para el desarrollo del almacenamiento de energía, pero para eso hace falta, tal y como vienen apuntando desde el sector, una normativa que regule este asunto.

El pasado 8 de abril, el Ministerio para la Transición Ecológica y Reto Demográfico (MITECO) lanzó una consulta pública para recabar la opinión del sector al objeto de elaborar la denominada Estrategia de Almacenamiento, un documento necesario para alcanzar los objetivos establecidos en el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) y la Estrategia a Largo Plazo, a fin de mejorar la competitividad y alcanzar la neutralidad climática de nuestro país. El plazo de presentación de alegaciones ha quedado suspendido hasta que finalice el Estado de Alarma.

La consulta pública pretende dar respuesta a un total de 14 preguntas sobre cuestiones relacionadas, entre otros aspectos, con el papel del almacenamiento en el sector eléctrico, los posibles incentivos para impulsar su despliegue, cómo articular la participación activa de la ciudadanía y de los sectores en la implementación de la estrategia, qué tecnologías pueden resultar más útiles en función del sector o cómo aprovechar el acoplamiento de otros sectores.